陳銳浩++程鳳嫻++官利蘭

摘要：為提高水稻施肥的均勻性和一致性，并減少勞動(dòng)強(qiáng)度，通過施肥桶模型和田間試驗(yàn)研究了水稻隨水施肥技術(shù)的流量穩(wěn)定性和施肥均勻性，以及在水稻上的應(yīng)用效果，探究水稻隨水施肥技術(shù)的可行性。結(jié)果表明：在稻田采用隨水施肥后16 h，均勻性變異系數(shù)降低至15%～10%之間，能滿足施肥均勻性的要求。在施肥作業(yè)時(shí)，施肥桶出水口起始開口角度30°，當(dāng)液面低于40 cm后，開口角度45°，能維持施肥桶出水口流量的相對穩(wěn)定。隨水施肥技術(shù)對水稻有效穗數(shù)、實(shí)粒數(shù)、產(chǎn)量等均有促進(jìn)作用，同時(shí)顯著降低勞動(dòng)成本，提高肥料利用效率和經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：隨水施肥；水稻；均勻性；經(jīng)濟(jì)效益

中圖分類號： S147.3；S511.06文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號：1002-1302（2016）05-0090-04

水稻（Oryza sativa L.）是我國最重要的谷類作物之一[1-2]，傳統(tǒng)的水稻施肥方式為人工撒施，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，且均勻性難以保障；受勞動(dòng)力的限制，施肥次數(shù)也相對較少，每次施肥量均較大，這樣使得水稻長期處于“過飽過饑”的狀態(tài)，前期養(yǎng)分過多造成肥害，中后期養(yǎng)分不足，造成脫肥，難以滿足水稻整個(gè)生長期對養(yǎng)分的需求。同時(shí)，化肥的過度施用，大量養(yǎng)分流失到環(huán)境中，造成環(huán)境污染[3-7]；目前中國從事水稻生產(chǎn)的人員偏愛氮肥根深蒂固，施肥配比嚴(yán)重失調(diào)，不但降低了肥料利用率，而且嚴(yán)重影響稻谷的品質(zhì)和增產(chǎn)增收。隨著我國人口壓力的不斷增大，外出務(wù)工人員不斷增加和人口老齡化，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中勞動(dòng)成本逐年上升，因此研究施肥技術(shù)的革新對提高水稻養(yǎng)分利用率和降低勞動(dòng)成本具有重要意義[8-9]。

水稻隨水施肥技術(shù)是近年新發(fā)展的水稻水肥一體化施肥模式[10]，指在水稻灌溉的同時(shí)，借助灌溉水的動(dòng)力將水溶性肥料隨水分散到田中，一方面可以節(jié)省施肥的人工，另一方面能夠?qū)崿F(xiàn)“少量多次”，根據(jù)水稻的養(yǎng)分需求特點(diǎn)供應(yīng)養(yǎng)分，達(dá)到高效、增產(chǎn)、節(jié)肥和節(jié)本的目的，施肥桶出水口流量穩(wěn)定性和施肥的均勻性是隨水施肥技術(shù)的關(guān)鍵指標(biāo)，但目前相關(guān)理論研究較少，流量輸出的恒定性以及施肥的均勻性等技術(shù)難題有待進(jìn)一步解決。隨水施肥技術(shù)目前在大棚蔬菜種植應(yīng)用廣泛[11-12]，通過肥水結(jié)合，讓可溶性的養(yǎng)分滲入土壤中再為作物根系所吸收，但用大水漫灌來沖施化肥，容易造成養(yǎng)分的隨水損失、水分利用率低的問題。同時(shí)，沖施化肥僅限于土壤表層，容易產(chǎn)生土壤鹽化[13]。在水稻上采用隨水施肥，可以實(shí)現(xiàn)少量多次施肥，減輕施肥工作量，并根據(jù)水稻養(yǎng)分規(guī)律及時(shí)供肥；水稻屬須根系作物，不定根發(fā)達(dá)，生育期的大部分階段需要淹水的環(huán)境且種植密度較大，隨水施肥是肥料溶于水，滲入地下被植物吸收，與水稻根系接觸面大，吸收快，吸收率高，減少了因作物來不及吸收而造成的肥料損失，同時(shí)滿足水稻的灌溉需求；隨水施肥還能避免施肥對水稻造成的機(jī)械損傷，克服封行后施肥困難。但水稻上采用隨水施肥可能存在施肥的均勻性；肥料停留在田間的積水中，養(yǎng)分的吸收會(huì)不會(huì)受影響等問題。針對水稻隨水施肥的問題，筆者進(jìn)行了系統(tǒng)研究，主要研究了肥料在田間分布的均勻性，灌水口施肥速度與施肥均勻性的關(guān)系，隨水施肥與其他施肥方式相比對水稻生長的影響，分析其經(jīng)濟(jì)效益和推廣的可行性，旨在為南方地區(qū)水稻隨水施肥技術(shù)的推廣應(yīng)用提供理論參考。

1材料與方法

1.1隨水施肥技術(shù)均勻性研究

1.1.1試驗(yàn)材料施肥桶模型：透明PVC管（外徑110 mm，內(nèi)徑104 mm，長1.6 m），施肥桶出水口（4分口），內(nèi)牙直通，恒流節(jié)水器，壓力補(bǔ)償閥，秒表，量筒，量杯。試驗(yàn)于2015年在華南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院植物營養(yǎng)系溫室進(jìn)行。

田間試驗(yàn)：于2015年3月在廣東省開平市赤坎鎮(zhèn)五龍村（22.4° N，112.6° E）進(jìn)行。供試水稻品種為玉香油占。試驗(yàn)用下墊物：PVC板（長20 cm，寬10 cm，高5 cm，材質(zhì)為聚氯乙烯）；扇葉（如圖1所示，扇葉直徑19 cm，材質(zhì)為塑料）。供試肥料為液體肥a（20-5-13）。

施肥桶設(shè)計(jì)：田間施肥桶為加厚塑料水桶（80 L），鉆孔后通過內(nèi)牙直通等配件連接塑料施肥桶出水口，在施肥桶出水口和直通之間連接恒流節(jié)水器和壓力補(bǔ)償閥對施肥桶出水口流量進(jìn)行調(diào)節(jié)使保持相對穩(wěn)定，避免桶內(nèi)液面下降過程中施肥桶出水口流量變化過大而造成施肥不均勻。施肥桶置于進(jìn)水口的田埂上，將水溶性肥料在桶內(nèi)加水溶解，配成濃縮肥液，同時(shí)在進(jìn)水口安置一個(gè)扇葉，用加厚鐵絲固定于土中。打開進(jìn)水口和施肥桶出水口，通過進(jìn)水口的灌溉水流帶動(dòng)扇葉轉(zhuǎn)動(dòng)，肥液由施肥桶出水口流出，通過扇葉的帶動(dòng)與灌溉水充分?jǐn)噭?，以保證肥料與灌溉水快速混勻，確保施肥的均勻性。

1.1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)施肥桶模擬試驗(yàn)設(shè)施肥桶出水口角度為30°、45°、60°、90° 4個(gè)處理，每個(gè)處理3次重復(fù)。測定施肥桶中不同液面高度時(shí)出水口流量，每10 cm監(jiān)測1次。

為研究不同下墊物對施肥均勻性的影響設(shè)無下墊物、PVC板、扇葉3個(gè)處理，每個(gè)處理3次重復(fù)。無下墊物處理指濃縮肥液在不加任何下墊物的情況下直接流入灌溉水進(jìn)行混勻；PVC板處理指在施肥桶出水口的下方墊1塊PVC板，濃縮肥液與PVC板撞擊散開后再與灌溉水進(jìn)行混勻；扇葉處理指在施肥桶出水口的下方放置扇葉，濃縮肥液撞擊扇葉，并由扇葉轉(zhuǎn)動(dòng)與灌溉水進(jìn)行攪勻。測定不同下墊物處理田間電導(dǎo)率（EC）的變化。

為研究不同田塊面積對隨水施肥技術(shù)施肥均勻性的影響設(shè)地塊面積333.5、667、1 334 m2 3個(gè)處理，分別記為Y1、Y2、Y3，每個(gè)處理3次重復(fù)。施肥后1、4、16 h分別按照對角線取樣法取5個(gè)點(diǎn)，用電導(dǎo)率儀測定不同位置田間水溶液EC值。

1.1.3測定項(xiàng)目施肥桶模型出水口開口角度為30°、45°、60°、90°時(shí)不同液面高度施肥桶出水口流量。

EC值采用DDS-307型電導(dǎo)率儀（上海精密儀器廠）測定。

1.2隨水施肥技術(shù)在水稻上的應(yīng)用效果研究

1.2.1試驗(yàn)材料試驗(yàn)于2015年3—6月在廣東省開平市赤坎鎮(zhèn)五龍村（22.4 N，112.6 E）進(jìn)行。該地區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫21.5 ℃，年平均降水量為1 700～2 400 mm。地勢平坦，各重復(fù)之間地力較均衡，前茬作物為水稻，雙季種植。供試土壤為紅壤，其基本理化性狀如下：pH值為5.85，堿解氮、速效磷、速效鉀含量分別為186.0、24.9、115.0 mg/kg，有機(jī)質(zhì)含量為46.2 g/kg。供試水稻品種為玉香油占。供試肥料：復(fù)合肥a（24-7-19）；復(fù)合肥b（16-16-16）；長效肥（18-10-18，以控氮為主）；液體肥a（20-5-13）；液體肥b（11-6-21）。

1.2.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，小區(qū)面積200 m2，設(shè)對照（不施肥，CK）、撒施（T1）、深施（T2）、沖施（T3）4個(gè)處理。對照不施肥；撒施處理基肥施用復(fù)合肥a 150 kg/hm2，分蘗中期施用復(fù)合肥b 450 kg/hm2；深施處理基施用長效肥600 kg/hm2，后期不再追肥；沖施處理基肥（2015-03-23）施用復(fù)合肥a 150 kg/hm2，分蘗初期（2015-04-01）追施液體肥a 120 kg/hm2，分蘗中期（2015-04-07）追施液體肥a 150 kg/hm2，孕穗期（2015-05-07）追施液體肥b 150 kg/hm2，具體施肥時(shí)間和養(yǎng)分投入量見表1。2015年3月23日插秧，種植密度為15萬穴/hm2，2015年6月29日收割，并進(jìn)行產(chǎn)量和相關(guān)指標(biāo)測定。表1水稻不同處理的養(yǎng)分投入量kg/hm2

時(shí)間CK撒施處理（T1）深施處理（T2）沖施處理（T3）NP2O5K2ONP2O5K2ONP2O5K2O2015-03-2303610.528.5108601083610.528.52015-04-01024615.62015-04-070727272307.519.52015-05-07016.5931.5總施肥量010882.5100.510860108106.53395.1

1.2.3測定項(xiàng)目各小區(qū)隨機(jī)選定15株水稻定期監(jiān)測，成熟時(shí)于各小區(qū)中央隨機(jī)選定1 m2測定有效穗數(shù)，同時(shí)取9株水稻進(jìn)行考種，烘干（14%的標(biāo)準(zhǔn)含水量）稱重，并考察穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率及千粒重等，并計(jì)算經(jīng)濟(jì)效益。計(jì)算方法如下[14]：

凈收益=產(chǎn)出-肥料成本-施肥人工成本-設(shè)施成本；

產(chǎn)出（元/hm2）=稻谷產(chǎn)量（ kg/hm2）×當(dāng)年稻谷價(jià)格（元/kg）。

成本和產(chǎn)出價(jià)格均依照2015年的市場價(jià)格計(jì)算，人工120元/d，8 h工作制。

1.3數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2010（Microsoft Company）和SAS 8.1統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)處理和分析。

2結(jié)果與分析

2.1隨水施肥技術(shù)均勻性研究結(jié)果

2.1.1不同開口角度對施肥桶出水口流量的影響不同開口角度對施肥桶出水口流量的影響如圖2所示。不同開口角度流量均隨液面下降而緩慢下降。30°時(shí)，壓力補(bǔ)償效果較好，較長時(shí)間內(nèi)維持流量相對恒定。液面下降到一定數(shù)值后，壓力補(bǔ)償失去效果，此時(shí)無法避免流量的減少。由圖2可知，起始開口角度30°，當(dāng)液面低于40 cm以后，開至45°，可保持整個(gè)施肥過程流量相對平穩(wěn)。

2.1.2不同下墊物對施肥均勻性的影響不同下墊物對施肥均勻性的影響如圖3所示，從圖中結(jié)果可以看出，3種方式施肥后1 h EC值均勻度變異系數(shù)呈下降趨勢，且扇葉處理的均勻度系數(shù)與無下墊物處理的均勻度系數(shù)間的差異達(dá)到 0.05 的顯著水平。PVC板處理的均勻度變異系數(shù)與無下墊物處理相比有所下降，但差異不顯著。說明下墊物為扇葉時(shí)，能顯著提高隨水施肥技術(shù)施肥的均勻性。因此試驗(yàn)過程中以扇葉為下墊物。

2.1.3施肥后時(shí)間長短對施肥均勻性的影響由圖4可知，隨著時(shí)間的推移，Y1、Y2、Y3處理的均勻度變異系數(shù)均呈現(xiàn)

下降的趨勢。Y1與Y3施肥后1、4、16 h變異系數(shù)間的差異達(dá)到0.05的顯著水平，表明面積越大，施肥的均勻性也顯著下降。由圖5可知，施肥面積不同情況下，隨著施肥后時(shí)間的推移，均勻度變異系數(shù)均出現(xiàn)顯著下降，差異達(dá)到0.05的顯著水平，變異系數(shù)16 h后穩(wěn)定在10%～15%之間。

2.2隨水施肥技術(shù)在水稻上的應(yīng)用效果

2.2.1對水稻產(chǎn)量的影響從表2可知，沖施和深施處理有效穗數(shù)顯著高于撒施和對照處理，撒施處理與對照間的差異達(dá)到0.05的顯著水平。沖施處理每穴的實(shí)粒數(shù)顯著高于深施和對照處理，約為對照處理的1.5倍。施肥各處理千粒質(zhì)量顯著高于對照處理，但不同施肥方式間差異不顯著。隨水施肥處理空秕率顯著低于撒施和對照處理。從產(chǎn)量上看，沖施處理顯著高于撒施、深施和對照處理，比撒施處理增產(chǎn) 729.59 kg/hm2，增幅11.42%，比深施處理增產(chǎn)1 392.11 kg/hm2，增幅達(dá)24.31%。綜上所述，隨水施肥技術(shù)增產(chǎn)效果顯著。

2.2.2對養(yǎng)分利用效率的影響由表3可知，沖施處理氮肥利用率顯著高于深施和撒施處理，與深施處理相比增幅達(dá)56.85%，與撒施處理相比增幅達(dá)46.60%。沖施處理磷肥利用率與深施和撒施處理間無顯著差異。不同施肥技術(shù)中鉀肥利用率表現(xiàn)為沖施>撒施>深施。沖施處理鉀肥利用率分別比撒施和深施處理高7.78、17.59百分點(diǎn)。由此可見，隨水施肥技術(shù)能有效提高水稻種植的肥料利用率，達(dá)到節(jié)肥目的。

2.2.3隨水施肥技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益各處理的肥料投入成本如表4所示，均采用肥料的市場價(jià)格進(jìn)行計(jì)算。液體肥料價(jià)格高，因此沖施處理肥料成本較深施和撒施處理高。

由表5可知，由于肥料成本的增加和施肥桶等設(shè)施成本、沖施處理的投入高于撒施和深施處理，但沖施處理人工成本比深施和撒施處理分別低48.37、160.87 元/hm2，節(jié)省施肥用工的投入。由于沖施處理產(chǎn)量提高，凈收益較撒施處理高316.47 元/hm2。深施處理雖施肥用工成本較低，但肥料成本較高，故凈收益較沖施處理仍少2 981.54 元/hm2?？梢?，隨水施肥技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益明顯高于其他2種施肥方式。

3討論與結(jié)論

壓力補(bǔ)償器一般通過改變不同壓力下水流通過流道的長度或過流斷面面積來調(diào)節(jié)流量，使流量在一定的壓力范圍內(nèi)保持恒定[15]。施肥桶出水口通過壓力補(bǔ)償改良后，有一定的穩(wěn)流作用，但由于無外源壓力，隨著液面的下降，無法避免桶內(nèi)液壓的下降，流量不斷減小，在施肥作業(yè)時(shí)，起始開口角度為30°，當(dāng)液面低于40 cm后，開口角度為45°，能維持施肥桶出水口流量的相對穩(wěn)定；采用扇葉作為下墊物可使流體微團(tuán)分散，因此能較好地迅速將濃縮肥液與灌溉水混勻，這與渦輪式攪拌器適用于低黏度到中等黏度流體的液—液分散描述一致[16]。

沖施處理施肥后1、4、16 h的均勻度變異系數(shù)呈現(xiàn)下降的趨勢且差異顯著，表明施肥結(jié)束后隨著時(shí)間的推移田間水層的EC值趨向一致，主要是因?yàn)槿苜|(zhì)的擴(kuò)散作用[17]，使均勻性逐漸提高。施肥后1 h均勻度變異系數(shù)均較大，可能是因?yàn)殡S水施肥過程中水溶性肥料借助灌溉水動(dòng)力分散到田間，若田間尚有水層存在，肥水只能推動(dòng)田間水層往后移動(dòng)，水溶肥料由近及遠(yuǎn)擴(kuò)散，故田間水層EC值表現(xiàn)為隨著與進(jìn)水口距離的增加而降低，進(jìn)水口處高，遠(yuǎn)離進(jìn)水口處低。不管田塊面積大小，均勻度變異系數(shù)在16 h后均能大幅下降，保持在 10%～15%之間，即施肥16 h后基本可以達(dá)到穩(wěn)定。常用的拋撒式施肥機(jī)要求施肥均勻度變異系數(shù)CV≤20%，圓盤式撒肥機(jī)進(jìn)行田間作業(yè)時(shí)橫向施肥均勻度變異系數(shù)CV為10%～15%[18]。由此可見，隨水施肥技術(shù)施肥后16 h，均勻度變異系數(shù)就能滿足施肥均勻性的要求，采用隨水施肥技術(shù)進(jìn)行水稻施肥時(shí)，田間水層越少越有利于施肥均勻性的提高。

采用隨水施肥技術(shù)，水稻產(chǎn)量可達(dá)7 117.66 kg/hm2，比撒施處理增產(chǎn)729.59 kg/hm2，增幅達(dá)11.42%，較深施處理增產(chǎn)1 392.11 kg/hm2，增幅達(dá)24.31%。同時(shí)提高了養(yǎng)分利用率，氮肥利用率比撒施處理提高了10.55百分點(diǎn)，比深施處理提高12.03百分點(diǎn)，增幅分別達(dá)46.60%和56.85%。鉀肥利用率分別比撒施和深施處理高7.78、17.59百分點(diǎn)，增幅分別為23.38%、74.95%，磷肥利用效率差異不顯著。深施處理的氮磷鉀養(yǎng)分利用效率均比其他處理要低，可能是因?yàn)樵撻L效肥主要為控氮產(chǎn)品，控磷控鉀功能較差，肥料損失較多。李殿平等開展的全程深施肥技術(shù)與本研究的隨水施肥技術(shù)有一定的相似性，其研究結(jié)果同樣表明，全程深施肥技術(shù)能夠促使水稻生育前期平穩(wěn)生長，后期優(yōu)勢生長，延長有效分蘗期，增加有效分蘗數(shù)，提高葉綠素含量和干物質(zhì)積累量[19]。隨水施肥處理因采用“少量多次”[20-21]，并根據(jù)水稻需肥特點(diǎn)進(jìn)行追肥，其氮磷鉀的養(yǎng)分利用率得到大幅度的提高[22-23]。

水稻隨水施肥技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益均高于其他2種施肥模式，雖因采用的肥料為液體肥，成本高，但大幅度降低人工成本，降低水稻種植過程中施肥的勞動(dòng)強(qiáng)度，因而顯著增產(chǎn)增收。隨水施肥技術(shù)的應(yīng)用不限于僅使用商品復(fù)合液體肥，還可根據(jù)水稻的養(yǎng)分需求特點(diǎn)，采用尿素、氯化鉀、磷酸二銨等水溶性單質(zhì)肥料配置成濃縮肥液，大幅度降低肥料成本，并提高肥料的利用效率。

隨水施肥技術(shù)水稻上能大幅度節(jié)肥、降低勞動(dòng)成本并提高養(yǎng)分利用效率，增加產(chǎn)量，提高經(jīng)濟(jì)效益低，而隨水施肥技術(shù)在其他作物上的應(yīng)用方式及應(yīng)用效果有待進(jìn)一步研究。

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